Variable (matemática)

En matemáticas y en lógica, una variable es un símbolo constituyente de un predicado, fórmula, algoritmo o de una proposición. El término «variable» se utiliza aun fuera del ámbito matemático para designar una cantidad susceptible de tomar distintos valores numéricos dentro de un conjunto de números especificado.

Por el contrario, una constante es un valor que no cambia (aunque puede no ser conocido, o indeterminado). En este contexto, debe diferenciarse de una constante matemática, que es una magnitud numérica específica, independientemente de la naturaleza del problema dado.

Formalización

Desarrollo histórico. 

La noción intuitiva de «variable» o «valor indefinido», se confunde con la de «incógnita» o «indeterminada», en un sentido enteramente algebraico; su origen y desarrollo se sitúa en los trabajos de Arithmetica de Diofanto y al-Kitāb al-mukhtaṣar fī ḥisāb al-ŷabr wa-l-muqābala de Al-Juarismi. La rama de las matemáticas que profundiza el estudio de la solución de ecuaciones, dentro del álgebra abstracta es la teoría de ecuaciones. 

La «variable moderna», dentro del ámbito matemático, es un término que fue acuñado por Gottfried Leibniz (finales del s. XVII), en relación con sus trabajos en cálculo diferencial. La notación « f(x)» fue introducida por Leonhard Euler en su obra Commentarii de San petersburgo en 1736.

Variables independientes y variables dependientes. 

En cálculo, álgebra y geometría analítica, suele hacerse la distinción entre variables independientes y variables dependientes. En una expresión matemática, por ejemplo una función , el símbolo "x" representa a la variable independiente, y el símbolo "y" representa a la variable dependiente.
Se define variable independiente como un símbolo "x" que toma diversos valores numéricos (argumentos), dentro de un conjunto de números específicos y que modifica el resultado o valor de la variable dependiente.

Polinomios y ecuaciones. 
En una igualdad del tipo f(x)=g(x), la incógnita x es una variable matemática y f(x) y g(x) son funciones matemáticas, en el sentido que asocian a un valor, por ejemplo 1, los números notados f(1) y g(1). 

Si se consideran los polinomios como funciones, es posible escribir toda ecuación bajo esa forma, a condición de que la incógnita x pertenezca a un conjunto arbitrario (números, vectores, funciones, etc) y las funciones f y g estén bien definidas, de manera general.

Convenciones 

En notación matemática existen numerosos símbolos utilizados convencionalmente para representar las variables más conocidas y utilizadas. A continuación se presentan los más comunes; muchos de ellos poseen otros usos aceptados, y pueden de hecho representar una constante o una función específica.
 ai para denotar el término de una sucesión.
 a, b, c y d (a veces extendido a e y f) denotan generalmente constantes matemáticas. 
 Los coeficientes en una ecuación, por ejemplo la expresión general de un polinomio o una ecuación diofántica también suelen escribirse a, b, c, d, e y f.
 f y g (también h) denotan comúnmente funciones.
 i, j, y k (también l y h) se utilizan para sub-indexar.
 l y w suelen utilizarse para designar el largo y ancho de una figura geométrica. 
 m y n suelen denotar números enteros y suelen utilizarse para designar nociones similares en un contexto matemático, como un par de rectas paralelas. 
 n comúnmente denota una cuenta de objetos, o en estadística, el número de observaciones. 
 p, q, y r suelen desempeñar roles paralelos en un contexto matemático.

Tipos específicos de variables
Es común que las variables desempeñen diferentes roles en la misma fórmula matemática y se han introducido nombres o calificadores para distinguirlas. Por ejemplo, la ecuación cúbica general

se interpreta como que tiene cinco variables: cuatro, , que se toman como números dados y la quinta variable,  se entiende como un número desconocido. Para distinguirlos, la variable  se llama una incógnita, y las otras variables se llaman parámetros o coeficientes, o a veces constantes, aunque esta última terminología es incorrecta para una ecuación, y debe reservarse para la función definida por el lado izquierdo de esta ecuación.

En el contexto de las funciones, el término "variable" se refiere comúnmente a los argumentos de las funciones. Este suele ser el caso en oraciones como "función de una variable real", " es la variable de la función ", " es una función de la variable " (lo que significa que el argumento de la función es referido por la variable ).

En el mismo contexto, las variables que son independientes de  definen funciones constantes y por lo tanto se llaman constante. Por ejemplo, una constante de integración es una función constante arbitraria que se suma a una antiderivada particular para obtener las otras antiderivadas. Debido a la fuerte relación entre los polinomios y las funciones polinómicas, el término "constante" se usa a menudo para denotar los coeficientes de un polinomio, que son funciones constantes de los indeterminados.

Este uso de "constante" como abreviatura de "función constante" debe distinguirse del significado normal de la palabra en matemáticas. Una constante, o constante matemática es un número bien definido y sin ambigüedades u otro objeto matemático, como, por ejemplo, los números 0, 1,  y el elemento de identidad de un grupo. Dado que una variable puede representar cualquier objeto matemático, una letra que representa una constante a menudo se denomina variable. Este es, en particular, el caso de  y , incluso cuando representan el número de Euler y 

Otros nombres específicos para las variables son:
 Una desconocida es una variable en una ecuación que debe resolverse.
 Un indeterminado es un símbolo, comúnmente llamado variable, que aparece en un polinomio o una serie formal de potencias. Hablando formalmente, un indeterminado no es una variable, sino una constante en el anillo polinómico o el anillo de las series formales de potencia. Sin embargo, debido a la fuerte relación entre polinomios o series de potencias y las funciones que definen, muchos autores consideran las variables indeterminadas como un tipo especial de variables.
 Un parámetro es una cantidad (generalmente un número) que es parte de la entrada de un problema y permanece constante durante toda la solución de este problema. Por ejemplo, en mecánica la masa y el tamaño de un cuerpo sólido son parámetros para el estudio de su movimiento. En informática, parámetro tiene un significado diferente y denota un argumento de una función.
 Variables libres y variables ligadas
 Una variable aleatoria es un tipo de variable que se utiliza en la teoría de la probabilidad y sus aplicaciones.

Todas estas denominaciones de variables son de naturaleza semántica, y la forma de calcular con ellas (sintaxis) es la misma para todas.

Variables dependientes e independientes

En cálculo y su aplicación a la física y otras ciencias, es bastante común considerar una variable, digamos , cuyos valores posibles dependen del valor de otra variable, digamos . En términos matemáticos, la variable dependiente  representa el valor de una función de . Para simplificar las fórmulas, a menudo es útil usar el mismo símbolo para la variable dependiente  y el mapeo de funciones  en . Por ejemplo, el estado de un sistema físico depende de cantidades medibles como la presión, la temperatura, la posición espacial, ..., y todas estas cantidades varían cuando el sistema evoluciona, es decir, son función del tiempo. En las fórmulas que describen el sistema, estas cantidades están representadas por variables que dependen del tiempo y, por lo tanto, se consideran implícitamente funciones del tiempo.

Por lo tanto, en una fórmula, una variable dependiente es una variable que es implícitamente una función de otra (o varias otras) variables. Una variable independiente es una variable que no es dependiente.

La propiedad de una variable de ser dependiente o independiente depende muchas veces del punto de vista y no es intrínseca. Por ejemplo, en la notación , las tres variables pueden ser todas independientes y la notación representa una función de tres variables. Por otro lado, si  y  dependen de  (son variables dependientes), entonces la notación representa una función de la única variable independiente .

Ejemplos
Si uno define una función f desde los números reales a los números reales por

entonces x es una variable que representa el argumento de la función que se está definiendo, que puede ser cualquier número real.

en la identidad

la variable i es una variable sumatoria que designa a su vez a cada uno de los enteros 1, 2, ..., n (también se le llama índice porque su variación es sobre un conjunto discreto de valores) mientras que n es un parámetro (no varía dentro de la fórmula).

En la teoría de los polinomios, un polinomio de grado 2 generalmente se denota como ax2 + bx + c, donde a, b y c se denominan coeficientes (se supone que son fijos, es decir, parámetros del problema considerado) mientras que x se denomina variable. Al estudiar este polinomio por su función polinómica, esta x representa el argumento de la función. Al estudiar el polinomio como un objeto en sí mismo, "x" se toma como un indeterminado y, a menudo, se escribe con una letra mayúscula para indicar este estado.

Ejemplo: la ley de los gases ideales 
Considere la ecuación que describe la ley de los gases ideales,

En general, se interpretaría que esta ecuación tiene cuatro variables y una constante. La constante es, la constante de Boltzmann. Una de las variables, , el número de partículas, es un número entero positivo (y por lo tanto una variable discreta), mientras que los otros tres,  y , para presión, volumen y temperatura, son variables continuas.

Se podría reorganizar esta ecuación para obtener  como una función de las otras variables,

Entonces , en función de las otras variables, es la variable dependiente, mientras que sus argumentos,  y , son variables independientes. Uno podría abordar esta función de manera más formal y pensar en su dominio y rango: en notación de función, aquí  es una función .

Sin embargo, en un experimento, para determinar la dependencia de la presión en una sola de las variables independientes, es necesario fijar todas menos una de las variables, digamos . Esto da una función

donde ahora  y  también se consideran constantes. Matemáticamente, esto constituye una aplicación parcial de la función anterior . 

Esto ilustra cómo las variables y constantes independientes dependen en gran medida del punto de vista adoptado. Incluso se podría considerar  como una variable para obtener una función

Referencias

Bibliografía

Enlaces externos 
 Variable, definición, sitio Disfruta las matemáticas.
 Variable, sitio Diccionario visual de matemáticas.
 

Matemática elemental
Sintaxis (lógica)